Valutazione energetica, economica ed ambientale di scenari energetici per soddisfare la domanda termo-frigorifera di un distretto multifunzionale a Milano = Energy, economic and environmental assessment of energy scenarios to meet the heating and cooling demand of a multifunctional district in Milan

Il settore edilizio è responsabile di circa il 40% del consumo di energia e del 36% delle emissioni di gas a effetto serra in Europa, ciò rende la sua decarbonizzazione cruciale per il raggiungimento degli obiettivi climatici al 2050. Se l’efficientamento del singolo edificio è stata finora la strategia su cui ci si è maggiormente concentrati, la modellazione su scala urbana ha permesso invece di superare i limiti dei sistemi decentralizzati e ha consentito di integrare l’analisi degli scambi energetici tra edifici, come ad esempio quando sono presenti reti di teleriscaldamento e teleraffrescamento a bassa temperatura. In questo contesto, il presente lavoro di tesi si è posto l’obiettivo di simulare la domanda termo-frigorifera di un distretto di edifici nell’area metropolitana di Milano, con lo scopo di effettuare un’analisi energetico-economica e di impatto ambientale per quattro scenari impiantistici: pompe di calore ad aria reversibili decentralizzate a livello di edificio; pompe di calore geotermiche reversibili decentralizzate a livello di edificio; una rete di teleriscaldamento e teleraffrescamento di quarta generazione; una rete termica di quinta generazione. I fabbisogni termo-frigoriferi del distretto sono stati ricavati attraverso una simulazione dinamica con City Energy Analyst (CEA). Per passare dai fabbisogni termici a quelli elettrici si è modellato il comportamento dinamico delle pompe di calore ed il consumo delle pompe idrauliche attraverso l’uso combinato di Python ed Excel. La simulazione termofluidodinamica della rete di quarta generazione è stata eseguita con un modulo integrato di CEA; mentre, per la rete di quinta generazione si è sviluppato un modello termico ed idraulico usando sinergicamente QGIS, Python ed Excel. Infine, per tutti gli scenari si sono valutati la ripartizione dei costi, il Levelized Cost Of Heat and Cooling (LCOH e LCOC), il tempo di rientro dell’investimento è stato calcolato rispetto allo scenario con pompe di calore ad aria. L’impatto ambientale è stato analizzato in termini di emissioni di CO2 equivalente. Entrambe le analisi sono state fatte su un periodo di cinquant’anni. Dai risultati è emerso come lo scenario con rete termica di quinta generazione, a fronte di costi di investimento iniziali elevati, ovvero circa il 53% in più rispetto allo scenario con pompe di calore ad aria, presenti un consumo elettrico totale più basso, con una riduzione del 23% rispetto alle pompe di calore ad aria e del 17% rispetto alla rete di quarta generazione. Dal punto di vista dell’impatto ambientale la rete termica di quinta generazione permette di ridurre le emissioni di circa il 15% rispetto all’utilizzo di pompe di calore ad aria decentralizzate. Si noti che l’analisi ha dimostrato la convenienza di una rete termica di quinta generazione qualora ci sia simultaneità delle domande termica e frigorifera, e ha evidenziato come la componente legata ai consumi elettrici risulti essere la più significativa nella valutazione economica e ambientale. Questo sottolinea ulteriormente l’importanza di associare alla crescente elettrificazione dei consumi una parallela decarbonizzazione della generazione di energia elettrica.